JP5256084B2 - 撮像装置及び撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及び撮像装置の駆動方法に関する。

デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置としては、カラー画像を生成するため、固体撮像素子などのイメージセンサを備えている。固体撮像素子は、被写体を２次元画像の画素毎に検出するため、半導体基板上に複数の光電変換部が、カラーフィルタのＲ，Ｇ，Ｂに対応付けられて行方向及び列方向に所定の配列パターンで設けられている。

一般的に、撮影により得られるカラー画像の画質を最適にするため、ベイヤー配列とよばれる配列パターンでＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応付けられた複数の光電変換部を配列する構成が知られている。また、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に加えて、透明又はカラーフィルタを設けていない位置に対応する光電変換部を設けることで、色成分と輝度成分とを取得し、広いダイナミックレンジを有する撮像装置が提案されている。

特願２００７−３２１４４号 特開２００２−８４５４８号公報

ところで、固体撮像素子を備えた撮像装置は、高感度撮影時など、各画素で生成される信号電荷量を転送する際に、他の画素と加算する処理が行われるものがある。こうすると、感度は改善される一方で、各画素を全て同じように転送方向に隣り合う画素ごとに加算するため画像における転送方向のコントラストが低下してしまう点で改善の余地があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ダイナミックレンジが広く、また、画素加算に起因するコントラストの低下を抑制することができる撮像装置及び撮像装置の駆動方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）入射光の輝度成分を検出する第１の画素部と入射光の色成分を検出する第２の画素部とが半導体基板表面に行方向及び列方向に配列された固体撮像素子を備えた撮像装置であって、
前記第２の画素部は、Ｒ（赤色）を検出する画素部、Ｇ（緑色）を検出する画素部、Ｂ（青色）を検出する画素部を含み、
前記第２の画素部のうち少なくとも１色に対応する画素出力同士を加算し、前記第２の画素出力同士を加算する方向に対して直交するように前記第１の画素部同士を加算する加算制御部を備えている撮像装置。
（２）前記第２の画素部のうち緑色に対応する画素出力同士を加算する（１）に記載の撮像装置。
（３）前記加算制御部は、電荷転送部を制御し、加算を行う（１）又は（２）に記載の撮像装置。
（４）前記第１の画素部と前記第２の画素部とが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれた位置に配列されている（１）から（３）のいずれか１つに記載の撮像装置。
（５）前記第２の画素部のうち同じ色の画素出力同士を、前記列方向に２画素加算する（１）から（４）のいずれか１つに記載の撮像装置。
（６）前記第２の画素部が、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）のベイヤー配列である（１）から（５）のいずれか１つに記載の撮像装置。
（７）前記第２の画素部から得られた色信号に基づいて求められた輝度成分に、少なくとも前記第１の画素部の高周波成分を加えることで、輝度情報を求める信号処理部を備える（１）から（６）のいずれか１つに記載の撮像装置。
（８）前記信号処理部が、少なくとも前記第１の画素部の信号を含む画素情報より生成された輝度成分に少なくとも前記第２の画素部のうちＧ画素の信号の高周波成分を加えることで輝度情報を求める（１）から（７）のいずれか１つに記載の撮像装置。
（９）入射光の輝度成分を検出する第１の画素部と入射光の色成分を検出する第２の画素部とが半導体基板表面に行方向及び列方向に配列された固体撮像素子を備えた撮像装置の駆動方法であって、
前記第２の画素部は、Ｒ（赤色）を検出する画素部、Ｇ（緑色）を検出する画素部、Ｂ（青色）を検出する画素部を含み、
前記第２の画素部のうち少なくとも１色に対応する画素出力同士を加算し、前記第２の画素出力同士を加算する方向に対して直交するように前記第１の画素部同士を加算する加算制御部を備えている撮像装置の駆動方法。
（１０）前記第２の画素部のうち緑色に対応する画素出力同士を加算する（９）に記載の撮像装置の駆動方法。
（１１）電荷転送部を制御し、加算を行う（９）又は（１０）に記載の撮像装置の駆動方法。
（１２）前記第１の画素部と前記第２の画素部とが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれた位置に配列されている（９）から（１１）のいずれか１つに記載の撮像装置の駆動方法。
（１３）前記第２の画素部のうち同じ色の画素出力同士を、前記列方向に２画素加算する（９）から（１２）のいずれか１つに記載の撮像装置の駆動方法。
（１４）前記第２の画素部が、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）のベイヤー配列である（９）から（１３）のいずれか１つに記載の撮像装置の駆動方法。
（１５）前記第２の画素部から得られた色信号に基づいて求められた輝度成分に、少なくとも前記第１の画素部の高周波成分を加えることで、輝度情報を求める（９）から（１４）のいずれか１つに記載の撮像装置の駆動方法。
（１６）少なくとも前記第１の画素部の信号を含む画素情報より生成された輝度成分に少なくとも前記第２の画素部のうちＧ画素の信号の高周波成分を加えることで輝度情報を求める（９）から（１５）のいずれか１つに記載の撮像装置の駆動方法。

本発明に係る撮像装置は、固体撮像素子の半導体基板表面の行方向及び列方向に輝度成分を検出する第１の画素部と色成分を検出する第２の画素部とが配列され、第２の画素部の画素出力同士を加算する方向と、第１の画素部の画素出力同士を加算する方向とが、互いに直交するように駆動される。一般に、画素加算を行うと一定面積における画素の信号電荷が積分演算されることで加算方向に対してコントラストが低下してしまうが、色成分と輝度成分とを互いに直交する方向で画素加算することで、加算する方向におけるコントラストの低下を抑えることができる。例えば、第２の画素部のうちＧ（緑色）の画素を垂直転送部の延設された方向と等しい列方向に画素加算し、第１の画素部の画素出力同士を列方向に直交する行方向に画素加算すれば、色情報と輝度情報との両方に基づいて画像を作成することでダイナミックレンジを拡大することができるうえ、コントラストの低下も抑えることができる。

第１の画素部と第２の画素部とが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずれた位置に配列されている構成とすれば、輝度画素のサンプリング間隔を小さくすることができ、解像度をより一層高くすることができる。

第２の画素部から得られた色信号に基づいて求められた輝度成分に、少なくとも第１の画素部の高周波成分を加えることで、輝度情報を求める構成とすれば、解像度に大きく寄与する輝度画素とＧ画素がそれぞれ、加算する方向が直交しており、これら画素の高周波成分に基づいて輝度情報を求めることでコントラストの低下を抑えることができる。

本発明によれば、ダイナミックレンジが広く、また、画素加算に起因するコントラストの低下を抑制することができる撮像装置及び撮像装置の駆動方法を提供できる。

本発明にかかる撮像装置の概略構成を示す図である。 固体撮像素子の構成を説明する平面模式図である。 固体撮像素子における画素加算を説明する平面模式図である。 Ｒ，Ｇ，Ｂ画素とＷ画素に基づいて輝度情報を求める制御ブロック図である。 固体撮像素子の他の構成を説明する回路図である。 固体撮像素子の他の構成において、信号電荷の加算を説明する模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる撮像装置の概略構成を示す図である。なお、本実施形態では、撮像装置の一例としてデジタルカメラの構成を用いて説明する。図１の撮像装置１００は、撮像部１０と、アナログ信号処理部１０２と、Ａ／Ｄ変換部１０３と、駆動部１０４と、ストロボ１０５と、デジタル信号処理部１０６と、圧縮／伸張処理部１０７と、表示部１０８と、システム制御部１０９と、内部メモリ１１０と、メディアインタフェース１１１と、記録メディア１１２と、操作部１１３とを備える。デジタル信号処理部１０６、圧縮／伸張処理部１０７、表示部１０８、システム制御部１０９、内部メモリ１１０、及びメディアインタフェース１１１は、システムバス１１４に接続されている。

撮像部１０は、撮影レンズ等の光学系及び後述する固体撮像素子によって被写体の撮影を行うものであり、アナログの撮像信号を出力する。撮像部１０には、固体撮像素子への光の入射の遮断制御を行うメカニカルシャッタも含まれている。アナログ信号処理部１０２は、撮像部１０で得られた撮像信号に所定のアナログ信号処理を施す。Ａ／Ｄ変換部１０３は、アナログ信号処理部１０２で処理後のアナログ信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部１０３の出力は、いわゆるＲＡＷ画像データとしてデジタル信号処理部１０６に送られる。ＲＡＷ画像データは、撮像部１０からの撮像信号の形式のままデジタル化したデジタル画像データである。

撮影に際しては、駆動部１０４を介して光学系、メカニカルシャッタ、及び固体撮像素子の制御が行われる。固体撮像素子は、操作部１１３の一部であるレリーズボタン（図示せず）の操作による２段レリーズスイッチ（図示せず）のオンを契機として、所定のタイミングで、駆動部１０４に含まれるタイミングジェネレータ（図１ではＴＧと記載）からの駆動信号によって駆動される。駆動部１０４は、システム制御部１０９によって所定の駆動信号を出力する。

デジタル信号処理部１０６は、Ａ／Ｄ変換部３からのデジタル画像データに対して、操作部１１３によって設定された動作モードに応じたデジタル信号処理を行う。デジタル信号処理部１０６が行う処理には、黒レベル補正処理（ＯＢ処理）、リニアマトリクス補正処理、ホワイトバランス調整処理、ガンマ補正処理、画像合成処理、同時化処理、及びＹ／Ｃ変換処理等が含まれる。デジタル信号処理部１０６は、例えばＤＳＰで構成される。

圧縮／伸張処理部１０７は、デジタル信号処理部１０６で得られたＹ／Ｃデータに対して圧縮処理を施すとともに、記録メディア１１２から得られた圧縮画像データに対して伸張処理を施す。

表示部１０８は、例えばＬＣＤ表示装置を含んで構成され、撮影されてデジタル信号処理を経た画像データに基づく画像を表示する。記録メディア１１２に記録された圧縮画像データを伸張処理して得た画像データに基づく画像の表示も行う。また、撮影時のスルー画像、デジタルカメラの各種状態、操作に関する情報の表示等も可能である。

内部メモリ１１０は、例えばＤＲＡＭであり、デジタル信号処理部１０６やシステム制御部１０９のワークメモリとして利用される他、記録メディアに１１２に記録される撮影画像データを一時的に記憶するバッファメモリや表示部１０８への表示画像データのバッファメモリとしても利用される。メディアインタフェース１１１は、メモリカード等の記録メディア１１２との間のデータの入出力を行うものである。

システム制御部１０９は、所定のプログラムによって動作するプロセッサを主体に構成され、撮影動作を含むデジタルカメラ全体の制御を行う。

操作部１１３は、デジタルカメラ使用時の各種操作を行うものであり、レリーズボタン等を含んでいる。

図１に示すデジタルカメラは、撮影感度の設定が変更可能となっている。例えばフィルム感度でいえば、ＩＳＯ感度１００に相当する感度で撮影を行う低感度撮影モードと、ＩＳＯ感度２００、４００、８００に相当する感度で撮影を行う高感度撮影モードとを切換設定可能となっている。図１に示すデジタルカメラでは、例えば、露光時間等の撮像条件を変えることでＩＳＯ感度を変えており、ＩＳＯ感度が低いほど露光時間を長く設定し、ＩＳＯ感度が高いほど露光時間を短く設定している。

図２は、本実施形態の固体撮像素子の構成を説明する平面模式図である。固体撮像素子２０は、半導体基板の受光領域上に複数のフォトダイオード等の光電変換部１１が二次状に配列されている。本実施形態では、各光電変換素子が画像を構成する一画素に相当し、以下、単に画素ともいう。

図２において、上下方向を列方向、左右方向を行方向としたとき、光電変換部１１が半導体基板表面に行方向及び列方向に配設され、奇数行の光電変換部と偶数行の光電変換部とが１／２ピッチづつずらして配列（所謂、ハニカム画素配列）されている。なお、本実施形態では、光電変換部１１は、入射光の色成分を検出し、色画素の信号電荷を生成する光電変換部（第２の画素部）１１ａと、入射光の輝度成分を検出し、輝度画素の信号電荷を生成する光電変換部１１ｂとから構成されている。以下の説明では、光電変換部（第１の画素部）１１ａと光電変換部１１ｂとを総称して単に光電変換部１１ともいう。

固体撮像素子２０は、各光電変換部１１から読み出された信号電荷を列方向に転送する複数の垂直転送部１２と、複数の垂直転送部１２のそれぞれからの信号電荷を、行方向に転送する水平転送部１３と、水平転送部１３を経て信号電荷に対応する電圧信号を出力する出力アンプ部１４とが設けられている。

垂直転送部１２は、列方向に配設された複数の光電変換部１１に対応して半導体基板に形成された複数の垂直転送チャネル（図示しない）と、複数の垂直転送チャネルのそれぞれと交差するように形成された（図２において左右方向に延設された）複数の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８と、各光電変換部１１の信号電荷を垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域とを含む。各垂直転送部１２の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８は、光電変換部１１の各列同士の間に延在し、蛇行形状を有している。垂直転送部１２は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に駆動部１０４から出力される垂直転送パルスによって転送駆動される。

水平転送部１３は、半導体基板に形成された図示しない水平転送チャネルと、この水平転送チャネル上に設けられた水平転送電極とを有し、水平転送電極に駆動部１０４から出力される水平転送パルスφＨ１，φＨ２によって２相駆動される。

出力アンプ部１４は、水平転送部１３の転送方向端部まで転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を画像信号として出力する。

なお、垂直転送部１２や水平転送部１３のように、「垂直」「水平」という語句を用いて説明したが、これは、半導体基板表面に平行な「１方向」「この１方向に対して略直角の方向」の意味である。

固体撮像素子において、カラー画像信号を検出するため、受光領域上に図示しないカラーフィルタが設けられている。

各光電変換部１１ａ上に図示した「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」は、各光電変換部上に積層されたカラーフィルタの色を表しており、「Ｒ」は赤色を示し、「Ｇ」は緑色を示し、「Ｂ」は青色を示している。また、「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」で示す位置の光電変換部１１は色成分を抽出する光電変換部を示している。「Ｗ」で示す位置の光電変換部１１ｂは、輝度成分を抽出する光電変換部を示している。光電変換部１１ｂの上には無色透明のフィルタが設けられた構成、または、何もフィルタが設けられていない構成など、入射光の色成分がフィルタに吸収されることなく全て受光する構成である。

光電変換部１１ａによって検出される光に対応する信号を色信号、又は、各色に対応してＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号と記述する場合もある。また、光電変換部１１ｂによって検出される光に対応する信号を輝度信号という場合もある。

本実施形態では、光電変換部１１が半導体基板表面に行方向及び列方向に配設され、色成分を検出する光電変換部１１ａと輝度成分を検出する光電変換部１１ｂとが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに、配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずれた位置に配列されている。具体的には、光電変換部１１ａは赤色，緑色，青色のベイヤー配列を有し、光電変換部１１ｂは、光電変換部１１ａと同じピッチの正方格子状の配列であり、光電変換部１１ａの配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずれた位置に光電変換部１１ｂが配置されている。ここで、奇数行に「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」で示される光電変換部１１ａが配列され、偶数行に「Ｗ」で示される光電変換部１１ｂが配列されている。

ここで、「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」で示される光電変換部１１ａに対応する色画素をそれぞれＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素といい、「Ｗ」で示される光電変換部１１ｂに相等する画素をＷ画素ともいう。本実施形態では、色画素が、Ｒ，Ｇ，Ｂのベイヤー配列である。

本実施形態の固体撮像素子２０では、光電変換部１１ａで生成された信号電荷のうち同じ色の２画素の画素出力同士が垂直転送部１２で画素加算することができる。また、光電変換部１１ｂで生成された信号電荷のうち２画素が水平転送部１３で画素加算することができる。以下の説明では、画素出力同士を加算することを、単に、画素同士を加算するともいう。

図３は、本実施形態の固体撮像素子における画素加算を説明する平面模式図である。図３において、画素加算される画素同士を点線で示す括弧で囲んでいる。本実施形態では、緑色の画素Ｇ１と、該緑色の画素Ｇ１に対して青色の画素Ｂ１を挟んで列方向に並んだ緑色の画素Ｇ２が、垂直転送部１２で２画素加算される。また、赤色の画素Ｒ１と、該赤色の画素Ｒ１に対して緑色の画素Ｇ１を挟んで列方向に並んだ赤色の画素Ｒ２が、垂直転送部１２で２画素加算される。また、青色の画素Ｂ１と、該青色の画素Ｂ１に対して緑色の画素Ｇ２を挟んで列方向に並んだ青色の画素Ｂ２が、垂直転送部１２で２画素加算される。なお、図３では、加算される同じ色の画素同士の関係を説明するため、Ｒ１とＲ２，Ｇ１とＧ２，Ｂ１とＢ２と区別したが、全く同じ構成とすることができる。

また、上記実施形態では、色画素のうちＲＧＢの全ての色の画素同士を加算したが、少なくともいずれか１色を画素加算してもよい。例えば、色画素のうち輝度に大きく寄与する緑色に対応する画素同士のみを加算してもよい。

図３に示すように、光電変換部の配置において同じ行に位置するＷ画素が隣り合う列の他のＷ画素を２画素加算される。Ｗ画素の加算は、読み出されて垂直転送部１２から水平転送部１３に転送された後、該水平転送部１３で画素加算される。

本実施形態の撮像装置は、撮像時に、駆動部１０４によって撮像部１０の固体撮像素子２０の読み出し及び電荷転送を制御することで、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素のうち少なくとも１色に対応する画素同士を加算し、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素のうち同じ色の画素同士を加算する方向に対して直交する方向にＷ画素同士を加算する。駆動部１０４は、ＣＣＤ型の固体撮像素子において、電荷転送部を制御し、加算を行う加算制御部として機能する。固体撮像素子２０では、電荷転送部とは垂直転送部１２もしくは水平転送部１３、或いは、垂直転送部１２及び水平転送部１３に相当する。

本発明に係る撮像装置１００は、固体撮像素子２０の半導体基板表面の行方向及び列方向にＷ画素とＲ，Ｇ，Ｂ画素とが配列され、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素のうち同じ色の画素同士を加算する方向と、Ｗ画素同士を加算する方向とが、互いに直交するように駆動される。一般に、画素加算を行うと一定面積における画素の信号電荷が積分演算されることで加算方向に対してコントラストが低下してしまうが、色画素と輝度画素とを互いに直交する方向で画素加算することで、加算する方向におけるコントラストの低下をその直交する加算方向の情報で補うことができる。このため、ＲＧＢ画素を垂直転送部の延設された方向と等しい列方向に画素加算し、Ｗ画素を列方向に直交する行方向に画素加算することで、色情報と輝度情報との両方に基づいて画像を作成することでダイナミックレンジを拡大することができるうえ、コントラストの低下も抑えることができる。

また、本実施形態の固体撮像素子２０のように、輝度成分を検出する第１の画素部（Ｗ画素）と色成分を検出する第２の画素部とが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずれた位置に配列されている構成とすれば、Ｗ画素のサンプリング間隔を小さくすることができ、解像度をよい一層高くすることができる。

次に、本実施形態での信号処理例を説明する。
撮像装置は、加算読み出しされたデータをデジタル信号処理部１０６において、Ｒ，Ｇ，Ｂの色画素から得られた色信号に基づいて求められた輝度成分に、少なくとも第１の画素部の高周波成分を加えることで、輝度情報を求められる。

図４は、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素とＷ画素に基づいて輝度情報を求める制御ブロック図である。撮像時に、ＲＧＢ画素でそれぞれ得られた電荷信号に基づいて色画素の輝度成分Ｙを算出する。また、Ｇ画素で得られた電荷信号を列方向と同じ垂直方向にローパスフィルタ（ＬＰＦ）でフィルタリングすることでＧ画素の高周波成分を求め、Ｗ画素で得られた電荷信号を行方向と同じ水平方向にローパスフィルタ（ＬＰＦ）でフィルタリングすることでＷ画素の高周波成分を求める。その後、色画素の輝度成分ＹにＧ画素の高周波成分とＷ画素の高周波成分を加えることで輝度情報を求めることができる。このとき、輝度成分ＹにＧ画素の高周波成分のみを加えることで輝度情報を得ることができる。こうすれば、解像度に大きく寄与するＷ画素とＧ画素がそれぞれ、加算する方向が直交しており、これら画素の高周波成分に基づいて輝度情報を求めることでコントラストの低下を抑えることができる。ここで、Ｗ画素とＧ画素それぞれのＡＣ成分は、図３の「ｘ」で示す位置とすることで画素位置を一致させることができる。これにより、全画素数に対して半分の画像サイズでコントラストの低下を抑えた画像を生成することができる。
また、Ｗ画素を画素補間して求めた輝度情報にＧ画素の高周波成分を加えることでも同様の効果を得ることができる。同様にＲＧＢ画素から補間して求めた輝度情報にＷ画素の高周波成分を加える事でも同様の効果を得る事が出来る。

上記の説明ではＣＣＤ型の固体撮像素子を例に説明したが、固体撮像素子の構成はこれに限定されない。例えば、以下に説明するように、固体撮像素子は、ＣＭＯＳ型の構成としてもよい。

図５に示す固体撮像素子は、複数の画素が半導体基板表面に配置されたＣＭＯＳイメージセンサである。複数の画素は、輝度成分を検出する第１の画素部（Ｗ画素）と色成分を検出する第２の画素部（Ｒ，Ｇ，Ｂ画素）とを含む。画素の配列は、例えば、Ｗ画素とＲ，Ｇ，Ｂ画素とが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずれた位置とすることができる。または、Ｗ画素とＲ，Ｇ，Ｂ画素とが、同一の配列ピッチで、かつ、それぞれが正方格子状に２×２周期の配列を斜めにした状態で配列されていてもよい。

各画素は、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴ１と、リセットトランジスタＴ２と、増幅トランジスタＴ３と、選択トランジスタＴ４とを備えている。フォトダイオードＰＤは、アノードが接地されている。
転送トランジスタＴ１は、フォトダイオードＰＤのカソードとフローティングディフュージョン部ＦＤとの間に接続され、そのゲートに供給される転送パルスＴＳに基づいて、フォトダイオードＰＤで生成された電荷をフローティングディフュージョン部ＦＤに転送する。リセットトランジスタＴ２は、電源とフローティングディフュージョン部ＦＤとの間に接続され、そのゲートに供給されるリセットパルスＲＳＴに基づいて、フローティングディフュージョン部ＦＤの電位を電源電位ＶＣＣにリセットする。

フローティングディフュージョン部ＦＤには、増幅トランジスタＴ３のゲートが接続されている。この増幅トランジスタＴ３は、選択トランジスタＴ４を介して、垂直信号線に接続されている。画素選択信号ＳＥＬに基づいて選択トランジスタＴ４がオンすると、増幅トランジスタＴ３はフローティングディフュージョン部ＦＤの電位を増幅してその電位に応じた電圧を垂直信号線ＶＳＬに出力する。

ＣＭＯＳ型の固体撮像素子では、フローティングディフュージョン部ＦＤが画素信号保持部として機能する。Ｗ画素及びＲ，Ｇ，Ｂ画素から読み出した信号をフローティングディフュージョン部ＦＤに保持させることができる。

また、信号を加算して画素信号保持部に保持することができる。ＣＭＯＳ型の固体撮像素子は、Ｗ画素同士及びＲ，Ｇ，Ｂ画素同士の加算を制御する加算制御部を備えている。加算制御部は、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素のうち少なくとも１色に対応する画素出力同士を加算し、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の画素出力同士を加算する方向に対して直交するようにＷ画素の画素出力同士を加算するように制御する機構を有する。

例えば、図６に示すように、互いに隣り合うＷ画素同士の間に両方のＷ画素で共有するフローティングディフュージョン部ＦＤが設けられた構成とする。なお、図示しないが、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素同士の間にも両方のＲ，Ｇ，Ｂ画素で共有するフローティングディフュージョン部ＦＤが設けられた構成とする。各Ｗ画素とフローティングディフュージョン部ＦＤとの間には、転送トランジスＴｒが設けられている。各Ｒ，Ｇ，Ｂ画素とフローティングディフュージョン部ＦＤとの間には、転送トランジスＴｒが設けられている。また、露光時間中に各転送トランジスタをオンにすることで、Ｗ画素及びＲ，Ｇ，Ｂ画素から信号が読み出され、フローティングディフュージョン部ＦＤで加算され、そのまま保持される。なお、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子は、周知の構成を用いてもよい。
また、同種類の画素同士だけではなくＷ，Ｒ、Ｇ、Ｂ間でもフローティングディフュージョン部ＦＤを共有する構成とすることが出来る。この場合、転送Ｔｒを色毎に独立して選択する事で同種類の画素同士を加算することが可能である。隣接する画素のフローティングディフュージョン部ＦＤを共有できるためレイアウトの最適化が容易となる利点がある。

１０ 撮像部
１１ａ 第１の画素部
１１ｂ 第２の画素部
１２ 垂直転送部
１３ 水平転送部
２０ 固体撮像素子
１００ 撮像装置

Claims (16)

1. 入射光の輝度成分を検出する第１の画素部と入射光の色成分を検出する第２の画素部とが半導体基板表面に行方向及び列方向に配列された固体撮像素子を備えた撮像装置であって、
   前記第２の画素部は、Ｒ（赤色）を検出する画素部、Ｇ（緑色）を検出する画素部、Ｂ（青色）を検出する画素部を含み、
   前記第２の画素部のうち少なくとも１色に対応する画素出力同士を加算し、前記第２の画素部の画素出力同士を加算する方向に対して直交するように前記第１の画素部の画素出力同士を加算する加算制御部を備えている撮像装置。
2. 前記第２の画素部のうち緑色に対応する画素出力同士を加算する請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記加算制御部は、電荷転送部を制御し、加算を行う請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記第１の画素部と前記第２の画素部とが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれた位置に配列されている請求項１から３のいずれか１つに記載の撮像装置。
5. 前記第２の画素部のうち同じ色の画素出力同士を、前記列方向に２画素加算する請求項１から４のいずれか１つに記載の撮像装置。
6. 前記第２の画素部が、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）のベイヤー配列である請求項１から５のいずれか１つに記載の撮像装置。
7. 前記第２の画素部から得られた色信号に基づいて求められた輝度成分に、少なくとも前記第１の画素部の高周波成分を加えることで、輝度情報を求める信号処理部を備える請求項１から６のいずれか１つに記載の撮像装置。
8. 前記信号処理部が、少なくとも前記第１の画素部の信号を含む画素情報より生成された輝度成分に少なくとも前記第２の画素部のうちＧ画素の信号の高周波成分を加えることで輝度情報を求める請求項１から７のいずれか１つに記載の撮像装置。
9. 入射光の輝度成分を検出する第１の画素部と入射光の色成分を検出する第２の画素部とが半導体基板表面に行方向及び列方向に配列された固体撮像素子を備えた撮像装置の駆動方法であって、
   前記第２の画素部は、Ｒ（赤色）を検出する画素部、Ｇ（緑色）を検出する画素部、Ｂ（青色）を検出する画素部を含み、
   前記第２の画素部のうち少なくとも１色に対応する画素出力同士を加算し、前記第２の画素部の画素出力同士を加算する方向に対して直交するように前記第１の画素部の画素出力同士を加算する加算制御部を備えている撮像装置の駆動方法。
10. 前記第２の画素部のうち緑色に対応する画素出力同士を加算する請求項９に記載の撮像装置の駆動方法。
11. 電荷転送部を制御し、加算を行う請求項９又は１０に記載の撮像装置の駆動方法。
12. 前記第１の画素部と前記第２の画素部とが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれた位置に配列されている請求項９から１１のいずれか１つに記載の撮像装置の駆動方法。
13. 前記第２の画素部のうち同じ色の画素出力同士を、前記列方向に２画素加算する請求項９から１２のいずれか１つに記載の撮像装置の駆動方法。
14. 前記第２の画素部が、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）のベイヤー配列である請求項９から１３のいずれか１つに記載の撮像装置の駆動方法。
15. 前記第２の画素部から得られた色信号に基づいて求められた輝度成分に、少なくとも前記第１の画素部の高周波成分を加えることで、輝度情報を求める請求項９から１４のいずれか１つに記載の撮像装置の駆動方法。
16. 少なくとも前記第１の画素部の信号を含む画素情報より生成された輝度成分に少なくとも前記第２の画素部のうちＧ画素の信号の高周波成分を加えることで輝度情報を求める請求項９から１５のいずれか１つに記載の撮像装置の駆動方法。

Images